CN101207539A - 一种宽带接入设备的组播性能测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带接入设备的组播性能测试系统和方法，该系统主要由组播业务包发送模块和组播测试主模块组成；该组播业务包发送模块进一步包括组播业务流发送模块和组播业务发送界面模块，该组播测试主模块进一步包括组播协议包发送模块、组播数据采集模块、组播数据分析统计模块和组播测试界面模块。本发明通过组播业务包发送模块和组播测试主模块，模拟真实的多用户观看多频道组播(如：IPTV)的各种行为，把真实的用户点播组播节目情景在实验室中再现，并通过相应的测试模块对处于这种环境中的待测设备的组播业务性能进行测试，并输出测试结果。本发明以较低的测试成本投入，做到宽带接入设备在实验室中的充分测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种通用的宽带接入网络设备的组播性能测试系统及方法，尤其涉及宽带接入领域中的设备支持网络电视(InternetProtocol Television，简称：IPTV)的组播性能测试。
背景技术
目前多个组织都在制定IPTV标准，ITU于2006年4月成立了IPTV焦点组，到目前为止已经召开了三次会议以及一次网络会议，ITU制定的IPTV标准涵盖了多个部分，其中最为重要的就是体系架构；DSL论坛于2006年4月通过了TR-101，这个TR明确了基于数字用户线路(Digital Subscriber Line，简称：DSL)的IPTV业务模型。比较理想的IPTV组网方案是把宽带接入设备作为组播复制点，虽然现在已经开展的IPTV业务中也有把宽带远程接入服务设备(Broadband Remote Access Server，简称：BRAS)作为组播复制点的，但这种方案需要占用大量的带宽，只是一种过渡性方案。既然需要接入设备上进行组播复制，那么接入设备处理组播业务的性能就是一个不能忽视的因素，为此，设备制造商必须加强这方面的测试，遗憾的是，目前大多数厂商的测试还集中在组播功能方面，在性能测试方面，往往只是关注单路(或者少量)用户的频道切换时延，这种测试无法关注大量用户在多个频道里反复切换的用户体验效果，在这种状况下，各大测试仪器厂商都推出了IPTV测试解决方案和测试仪器，但这些仪器往往比较昂贵，不便于在研发过程中普遍使用。
发明内容
本发明目的在于提供一种宽带接入设备的组播性能测试系统及方法，在不增加额外硬件投入的情况下，同时模拟几十甚至上百个用户观看几十甚至上百个组播频道节目的真实情景。这样在实验室中就可以对宽带接入设备的组播性能进行充分的测试，可以极大的降低宽带接入设备的测试费用，并且可以加快开发测试进度。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种宽带接入设备的组播性能测试系统，其特征在于它主要由组播业务包发送模块和组播测试主模块组成；该组播业务包发送模块进一步包括组播业务流发送模块和组播业务发送界面模块，该组播测试主模块进一步包括组播协议包发送模块、组播数据采集模块、组播数据分析统计模块和组播测试界面模块；其中：
该组播协议包发送模块模拟多个用户的加入/离开组播组的行为，通过构造组播协议包并发送给组地址来实现；
该组播数据采集模块实时的抓取组播协议包发送所依赖的网卡上的组播数据包，包括组播协议报文和组播业务报文，抓取到的包经过分析算法处理后记录在内存结构体中；
该组播数据分析统计模块是在组播数据采集模块采集到的内容的基础上，进行进一步的分析处理，得到测试的完整结果数据；
该组播测试界面模块提供各种测试参数供用户输入，在测试完成后提供测试结果的表格及图形显示给开发测试人员参考；
该组播业务发送界面模块和组播业务流发送模块完成模拟组播节目源，向中间接入设备持续不断的发送多个组播频道的节目流。
所述的组播测试主模块位于一台具有网卡的PC 1上，组播业务包发送模块也位于一台具有网卡的PC 2上；PC 2的网卡用于发送业务包，PC 1的网卡用于协议包发送和组播包抓取；PC 1通过网卡连接至交换机，交换机连接待测设备，待测设备的上联口与PC 2的网卡连接。
所述交换机通过n个端口连接到n个用户驻地设备(CustomerPremises Equipment，简称：CPE)，n个CPE连接到待测设备的n个用户口处，n为PC 1上模拟的用户个数。
所述的交换机与CPE连接的各个端口需分别以untag的方式加入不同的虚拟局域网(VirruaI LAN，简称：VLAN)以代表不同的用户线，交换机与PC 1网卡连接的端口需以tag的方式加入上面配置的所有VLAN。
所述的组播测试主模块和组播业务包发送模块位于一台具有两块网卡的PC上；其中一块网卡用于发送业务包，另一块网卡用于协议包发送和组播包抓取。
一种宽带接入设备的组播性能测试方法，其特征在于使用如上所述的测试系统，其测试步骤是：
A：组播业务流发送模块通过组播业务发送界面模块向中间接入设备持续不断的发送多个组播频道的节目流；
B：组播协议包发送模块根据组播测试界面模块的设定，发起多个线程，模拟多个用户观看多个组播频道节目的真实情景；
C：组播数据采集模块根据组播测试界面模块的设定实时抓取并过滤出该物理网卡上的组播协议包及组播业务包，并存入内存中维护的结构体变量中；
D：组播数据分析统计模块根据组播测试界面模块的设定在组播数据采集模块采集到的内容的基础上，进行进一步的分析处理，得到测试的完整结果数据；
E：组播测试界面模块将测试数据显示出来，供开发测试人员直观的分析待测设备的组播性能。
所述的步骤E中测试数据以表格和图形两种方式显示出来。
藉由上述技术方案，本发明的有益技术效果是：
本发明通过组播业务包发送模块和组播测试主模块，模拟真实的多用户观看多频道组播(如：IPTV)的各种行为，把真实的用户点播组播节目情景在实验室中再现，并通过相应的测试模块对处于这种环境中的待测设备的组播业务性能进行测试，并输出测试结果。本发明以较低的测试成本投入，做到宽带接入设备在实验室中的充分测试。
附图说明
图1是本发明组播性能测试系统的模块构成图；
图2是本发明实施例的组播性能测试组网图；
图3是本发明实施例的组播测试模型图；
图4是本发明实施例的多IPTV频道组播业务包发送流程图；
图5是本发明实施例的多IPTV用户组播协议包发送流程图；
图6是本发明实施例的组播测试数据采集处理流程图；
图7为某路用户的点播行为中的组播性能参数图；
图8为某次测试的所有用户总体的组播性能参数图。
具体实施方式
本发明提供了一种宽带接入设备的组播性能测试系统，如图1所示，该系统的结构是：它主要由组播业务包发送模块101和组播测试主模块102组成；该组播业务包发送模块进一步包括组播业务流发送模块104和组播业务发送界面模块103，该组播测试主模块102进一步包括组播协议包发送模块106、组播数据采集模块107、组播数据分析统计模块108和组播测试界面模块105；其中：
该组播协议包发送模块106模拟多个用户的加入/离开组播组的行为，通过构造组播协议包并发送给组地址来实现；
该组播数据采集模块107实时的抓取组播协议包发送所依赖的网卡上的组播数据包，包括组播协议报文和组播业务报文，抓取到的包经过分析算法处理后记录在内存结构体中；
该组播数据分析统计模块108是在组播数据采集模块107采集到的内容的基础上，进行进一步的分析处理，得到测试的完整结果数据；
该组播测试界面模块105提供各种测试参数供用户输入，在测试完成后提供测试结果的表格及图形显示给开发测试人员参考；
该组播业务发送界面模块103和组播业务流发送模块104完成模拟组播节目源，向中间接入设备持续不断的发送多个组播频道的节目流。
通过上述测试系统，本发明的测试方法步骤是：
A：组播业务流发送模块104通过组播业务发送界面模块103向中间接入设备持续不断的发送多个组播频道的节目流；
B：组播协议包发送模块106根据组播测试界面模块105的设定，发起多个线程，模拟多个用户观看多个组播频道节目的真实情景；
C：组播数据采集模块107根据组播测试界面模块105的设定实时抓取并过滤出该物理网卡上的组播协议包及组播业务包，并存入内存中维护的结构体变量中；
D：组播数据分析统计模块108根据组播测试界面模块105的设定在组播数据采集模块107采集到的内容的基础上，进行进一步的分析处理，得到测试的完整结果数据；
E：组播测试界面模块105将测试数据显示出来，供开发测试人员直观的分析待测设备的组播性能。
所述的步骤E中测试数据以表格和图形两种方式显示出来。
下面通过一IPTV组播设备的测试实施例对本发明作详细描述。
图2是该实施例利用组播性能测试系统对被测设备进行测试的组网图。其中，所述的组播测试主模块位于一台具有网卡的PC 201上，组播业务包发送模块也位于一台具有网卡的PC 205上；PC 205的网卡用于发送业务包，PC 201的网卡用于协议包发送和组播包抓取；PC 201通过网卡连接至交换机202，交换机202连接待测设备204，待测设备204的上联口与PC 205的网卡连接。
所述交换机202可以通过n个端口连接到n个CPE 203，n个CPE 203连接到待测设备204的n个用户口处，n为PC 201上模拟的用户个数。该交换机202与CPE 203连接的各个端口需分别以untag的方式加入不同的VLAN以代表不同的用户线，交换机202与PC 201网卡连接的端口需以tag的方式加入上面配置的所有VLAN。
作为另一实施方式，所述的组播测试主模块和组播业务包发送模块也可以位于一台具有两块网卡的PC上；其中一块网卡用于发送业务包，另一块网卡用于协议包发送和组播包抓取。此种情况下，要求该PC机的性能要强于普通的PC机。
图3是本发明依据的组播测试模型图，该模型借鉴了主流测试仪器生产厂商采用的IPTV组播测试模型。图中描述了一个用户的多次点播行为(切换不同的IPTV节目频道)。其中，标记文字主要分为三类：配置项(Configurations)、事件(Events)和衡量指标值(Measurements)。
组播测试的配置项有：
1、加入离开间隔(Join-Leave Delay)；
2、离开加入间隔(Leave-Join Delay)；
3、加入延时门限值(Join-Latency-Threshold)；
4、离开延时门限值(Leave-Latency-Threshold)。
组播测试的事件有：
1、发出Internet组管理协议的加入报文事件(IGMP Join)；
2、发出Internet组管理协议的加入报文事件(IGMP Leave)；
3、收到某个组播频道的第一个业务包事件；
4、收到某个组播频道的最后一个业务包事件。
组播测试的衡量指标值有：
1、加入时延(Join Latency)；
2、离开时延(Leave Latency)；
3、频道切换时延(Channel Change Latency)；
4、频道间隔时间(Channel Gap)；
5、频道重叠时间(Channel Overlap)。
图4是本发明多IPTV频道组播业务包发送流程图。在组播业务发送界面(模块402)上提供了如下控制参数：网卡、起始源MAC地址、起始源IP地址、起始组播地址、频道个数、组播业务包节目内容的长度等。设定好上述各参数值点击开始按钮后(模块403)，启动指定频道个数个线程(模块404)，每一线程均代表一路IPTV节目源，根据参数构造好相应的组播业务包(不同线程代表不同的节目源，不同节目流UDP包的源MAC地址、源IP地址、组地址均不同)后，调用winPcap的底层发包函数将该频道组播业务包持续不断的发往指定网卡处。这样在PC 205上就模拟了多个IPTV节目源，持续的将节目流推送到待测设备处。
图5是多IPTV用户组播协议包发送流程图。在组播测试界面上提供了如下参数(模块501)：网卡、起始MAC地址、起始源IP地址、起始组播地址、模拟IPTV用户个数、组播频道个数、循环次数、起始VLAN ID号、Leave-Join Delay、Join-Leave Delay、User Interval、Join-Latency Threshold、Leave-Latency Threshold、测试方案选择等。其中，起始VLAN ID号代表模拟的首个IPTV用户的VLAN ID号，其他用户的VLAN ID号依次递增。
测试方案选项有：单个组播组测试方案(模块503)、多个组播组测试方案(模块504)、不同组播组测试方案(模块505)。三种测试方案主要刻画了模拟用户对单个频道点播的行为、对连续多个频道顺序点播的行为、对连续多个频道随机点播的行为。可以实现的测试策略包括：
1.多个用户间隔加入和离开同一个组播组；
2.一个用户加入和离开一个组播组；
3.多个用户间隔加入和离开多个组播组；
4.一个用户间隔加入和离开多个组播组；
5.多个用户间隔加入和离开不同的组播组；
6.一个用户间隔加入和离开不同的组播组
7.多个用户多次的间隔的加入/离开同一个组播组；
8.一个用户多次的间隔的加入/离开同一个组播组；
9.多个用户多次的间隔的加入/离开多个组播组；
10.一个用户多次的间隔的加入/离开多个组播组；
11.多个用户多次的间隔的加入/离开不同的组播组；
12.一个用户多次的间隔的加入/离开不同的组播组；
在设定界面参数后，启动测试过程，首先在主进程中启动抓包及处理线程(该部分内容见下面组播测试数据采集处理流程图的描述)，然后开启另外一个独立的进程，在此进程中启动n个线程来模拟n个用户点播IPTV节目的行为。n个线程的行为由界面参数设定。
图6是本发明组播测试数据采集处理流程图。组播数据采集模块605主要是抓取PC 201上的网卡1的组播流量，该模块在内存中维护这一个结构体数组，数组的第一维对应n个用户中每个用户的所有行为。数组的第二维用于记录某个用户的m次点播行为，每次行为记录的信息包括组地址、IGMP Join报文的时间戳、对应组地址的第一个IPTV频道的业务包的时间戳、IGMP Leave报文的时间戳、对应组地址的最后一个IPTV频道的业务包的时间戳等。利用组播包采集算法在组播协议包发送完成后可以得到填充满数据的该结构体数组。组播包采集算法首先利用winPcap软件包的底层函数抓取PC 201上的网卡上的所有流量，然后过滤出相应的组播协议包和业务包。在上面介绍的组播协议包发送流程中，所有的协议包均打上了tag标记，以不同的VLAN ID来区分不同的用户，对应的从待测设备处转发下来的组播业务包在经过交换机时打上了tag标记，然后发往PC 201的网卡。因此，组播数据采集线程得以区分不同的用户的点播信息，从而顺利得到组播测试的原始数据。
得到记录了一次测试的组播数据的内存结构体数组后，数据分析处理模块604会将该结构体数组的内容导入数据库模块603中进行进一步的分析处理，首先得到每个用户每次行为的以下指标值：JoinLatency、Leave Latency、Channel Change Latency、ChannelGap、Channel Overlap、Join Failed(加入失败次数)、LeaveFailed(离开失败次数)等值；然后进一步的得到每个用户的下表所示的统计值：
| 组播测试性能衡量指标 | 统计值(ms) |
| 最小加入时延(Min Join Latency) | 59.4 |
| 最大加入时延(Max Join Latency) | 306.6 |
| 平均加入时延(Avg Join Latency) | 99.4 |
| 最小离开时延(Min Leave Latency) | 27.9 |
| 最大离开时延(Max Leave Latency) | 114.1 |
| 平均离开时延(Avg Leave Latency) | 47.8 |
| 最小频道切换时延(Min Channel Change Latency) | 1059.2 |
| 最大频道切换时延(Max Channel Change Latency) | 1036.6 |
| 平均频道切换时延(Avg Channel Change Latency) | 1099.3 |
| 最小频道间隔时间(Min Channel Gap) | 1011.9 |
| 最大频道间隔时间(Max Channel Gap) | 1231.6 |
| 平均频道间隔时间(Avg Channel Gap) | 1051.2 |
| 最小频道重叠时间(Min Channel Overlap) | 0 |
| 最大频道重叠时间(Max Channel Overlap) | 0 |
| 平均频道重叠时间(Avg Channel Overlap) | 0 |
| 加入失败次数(Join Failed) | 1 |
| 离开失败次数(Leave Failed) | 0 |
进一步得出所有用户汇总数据的上述各个指标值，这些数据即反映了在该次测试下待测设备的组播性能。图7为某路用户的点播行为中的组播性能参数图(Client Latency Graphs)；图8为某次测试的所有用户总体的组播性能参数图(IPTV Summary Graphs)，反映了设备的组播性能情况。设备开发和测试人员可以直观的看出待测设备的组播性能，从而进一步指导设备的开发测试工作。
Claims (7)
1.一种宽带接入设备的组播性能测试系统，其特征在于它主要由组播业务包发送模块(101)和组播测试主模块(102)组成；该组播业务包发送模块进一步包括组播业务流发送模块(104)和组播业务发送界面模块(103)，该组播测试主模块(102)进一步包括组播协议包发送模块(106)、组播数据采集模块(107)、组播数据分析统计模块(108)和组播测试界面模块(105)；其中：
该组播协议包发送模块(106)模拟多个用户的加入/离开组播组的行为，通过构造组播协议包并发送给组地址来实现；
该组播数据采集模块(107)实时的抓取组播协议包发送所依赖的网卡上的组播数据包，包括组播协议报文和组播业务报文，抓取到的包经过分析算法处理后记录在内存结构体中；
该组播数据分析统计模块(108)是在组播数据采集模块(107)采集到的内容的基础上，进行进一步的分析处理，得到测试的完整结果数据；
该组播测试界面模块(105)提供各种测试参数供用户输入，在测试完成后提供测试结果的表格及图形显示给开发测试人员参考；
该组播业务发送界面模块(103)和组播业务流发送模块(104)完成模拟组播节目源，向中间接入设备持续不断的发送多个组播频道的节目流。
2.根据权利要求1所述的宽带接入设备的组播性能测试系统，其特征在于所述的组播测试主模块(102)位于一台具有网卡的PC(201)上，组播业务包发送模块(101)也位于一台具有网卡的PC(205)上；PC(205)的网卡用于发送业务包，PC(201)的网卡用于协议包发送和组播包抓取；PC(201)通过网卡连接至交换机(202)，交换机(202)连接待测设备(204)，待测设备(204)的上联口与PC(205)的网卡连接。
3.根据权利要求2所述的宽带接入设备的组播性能测试系统，其特征在于所述交换机(202)通过n个端口连接到n个CPE(203)，n个CPE(203)连接到待测设备(204)的n个用户口处，n为PC(201)上模拟的用户个数。
4.根据权利要求3所述的宽带接入设备的组播性能测试系统，其特征在于所述的交换机(202)与CPE(203)连接的各个端口需分别以untag的方式加入不同的VLAN以代表不同的用户线，交换机(202)与PC(201)网卡连接的端口需以tag的方式加入上面配置的所有VLAN。
5.根据权利要求2或3或4所述的宽带接入设备的组播性能测试系统，其特征在于所述的组播测试主模块(102)和组播业务包发送模块(101)位于一台具有两块网卡的PC上；其中一块网卡用于发送业务包，另一块网卡用于协议包发送和组播包抓取。
6.一种宽带接入设备的组播性能测试方法，其特征在于使用如权利要求1或2或3或4或5所述的测试系统，其测试步骤是：
A：组播业务流发送模块(104)通过组播业务发送界面模块(103)向中间接入设备持续不断的发送多个组播频道的节目流；
B：组播协议包发送模块(106)根据组播测试界面模块(105)的设定，发起多个线程，模拟多个用户观看多个组播频道节目的真实情景；
C：组播数据采集模块(107)根据组播测试界面模块(105)的设定实时抓取并过滤出该物理网卡上的组播协议包及组播业务包，并存入内存中维护的结构体变量中；
D：组播数据分析统计模块(108)根据组播测试界面模块(105)的设定在组播数据采集模块(107)采集到的内容的基础上，进行进一步的分析处理，得到测试的完整结果数据；
E：组播测试界面模块(105)将测试数据显示出来，供开发测试人员直观的分析待测设备的组播性能。
7.根据权利要求6所述的宽带接入设备的组播性能测试方法，其特征在于所述的步骤E中测试数据以表格和图形两种方式显示出来。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |